电场用于水泥基材料低温硫酸盐侵蚀加速试验方法.pdf

中文摘要 摘 要 水泥基材料在低温与硫酸盐共同作用下，会发生侵蚀类型多样且破坏行为复 杂的低温硫酸盐侵蚀，典型的侵蚀破坏以引起材料无粘结力的碳硫硅钙石型硫酸 盐侵蚀(Thaumasite form of sulfate attack, TSA)为代表。硫酸盐侵入后与水泥水化产 物反应形成具有膨胀开裂危害的钙矾石和石膏导致材料开裂剥落，当有碳酸盐存 在时形成危害更大的泥状物质碳硫硅钙石使水泥基材料失去胶凝性，这一系列的 破坏过程对实际工程的水泥混凝土结构产生了极大的威胁。已有研究表明环境温 度低于 15℃时温度越低，TSA 形成越容易，目前国内外尚无合适的水泥混凝土低 温硫酸盐侵蚀加速试验方法，难以快速评价水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀性能。 电场加速低温硫酸盐侵蚀的可行性已被证明，但若利用电场建立加速侵蚀试验方 法，还需明确其中各个关键因素的影响, 以确定相对统一的试验标准。因此，本文 通过外加电场加速水泥基材料低温硫酸盐侵蚀，并从电场、硫酸盐和电极材料等 相关内容出发研究加速侵蚀的破坏行为及侵蚀机理。本文主要的研究内容及结果 如下： ① 通过试件外观破坏观察、抗压强度测试及试样微观组成分析研究比较了不 同电压、电场周期及电流方向对低温硫酸盐侵蚀电场加速试验的影响。结果表明， 在不同参数电场对比中，随电压增大和周期变短加速侵蚀的效率加快，TSA 侵蚀 破坏也更严重；不同电流方向电场对比中，直流脉冲电场能更有效地加速侵蚀。 因此高电压、短周期的直流脉冲电场更适合在加速试验中使用。 ② 测试了电场作用下不同硫酸盐对试样 外观侵蚀破坏及强度损失的影响， 并通过FTIR 和Raman 光谱检测物相成分变化，最终利用XRD 对比分析了不同硫 酸盐环境下的侵蚀反应规律。结果显示，由于SO42-和Mg2+ 的共同作用，单一硫酸 盐对比中，硫酸镁溶液更利于电场加速低温硫酸盐侵蚀。在混合硫酸盐的加速效 率对比中，Na SO -CaSO -MgSO 混合溶液能更有效地加快试件侵蚀劣化。综合不 2 4 4 4 同硫酸盐在加速侵蚀上的表现，电场加速试验中的侵蚀介质建议选择 Na SO -CaSO -MgSO 混合溶液。 2 4 4 4 ③ 通过对不同金属电极材料在电场加速侵蚀时耐腐蚀性、稳定性的测试并结 合加速侵蚀试件的性能变化，比较了电极材料对电场加速侵蚀试验的影响。金属 钛电极在侵蚀条件下的耐腐蚀性和稳定性最好且能更快地加速硫酸盐侵蚀反应， 表现出钛电极在加速侵蚀试验中的优势。 ④ 测试了不同水胶比条件下电场加速侵蚀时试样外观、强度等性能，并通过 微观分析探讨水胶比对加速侵蚀破坏的影响。结果表明，较高水胶比0.40 和0.30 I 重庆大学硕士学位论文 条件下，材料受到严重的TSA 侵蚀。水胶比降至0.20 时低温硫酸盐侵蚀危害减弱， 但水胶比低至 0.16 时反而会出现更明显的破坏。对此，在电场加速试验方法的侵 蚀评价中TSA 破坏程度适合评价高水胶比材料，钙矾石和石膏侵蚀劣化则更适合 评价低水胶比材料。 根据本论文的结果可进一步确定电场用于水泥基材料低温硫酸盐侵蚀加速试 验方法的可行性，并明确了加速侵蚀试验方法中电场、硫酸盐和电极材料三个关 键因素的影响规律。同时给出了针对不同水胶比条件下加速侵蚀评价的参考依据。 通过此研究也为建立电场加速水泥基材料低温硫酸盐侵蚀的试验方法奠定了基础。 关键词：水泥基材料；低温硫酸盐侵蚀；TSA 侵蚀；电场加速；试验方法 II 英文摘要 ABSTRACT Under the combined action of low temperature and sulfate, cement based materials wi